DE19712479B4 - Kühleinrichtung für den Kraftstoff der Einspritzanlage von Verbrennungsmotoren - Google Patents

Kühleinrichtung für den Kraftstoff der Einspritzanlage von Verbrennungsmotoren Download PDF

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Abstract

Kühleinrichtung für den Kraftstoff einer Einspritzanlage von Verbrennungsmotoren (1), wobei in einem von einer Kraftstoffförderpumpe (20) beaufschlagten Kraftstoffkreislauf (KR) in einem Zulauf des Kraftstoffes von einem Kraftstofftank (21) zu der Einspritzanlage ein Filter (23) angeschlossen ist,
wobei die Kühleinrichtung zusätzlich zu einem von einem Kühlmittel durchströmten Motorkühlkreislauf (KM) des Verbrennungsmotors (1) einen gesonderten, von dem Kühlmittel durchströmten Kraftstoff-Kühlkreislauf (KÜ) umfasst,
wobei in dem Kraftstoff-Kühlkreislauf (KÜ) und in dem Kraftstoffkreislauf (KR) ein einerseits von Kraftstoff und andererseits von dem Kühlmittel des gesonderten Kraftstoff-Kühlkreislaufes (KÜ) durchströmter Kühler (44) angeordnet ist, wobei der gesonderte Kraftstoff-Kühlkreislauf (KÜ) von einer elektrisch angetriebenen Kühlmittelpumpe (41, 41M) beaufschlagt wird,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
der Filter (23) weist einen Zu- und Ablaufflansch auf, mit dem der Filter (23) in den Zulauf des Kraftstoffes zur Einspritzanlage eingebunden ist,
der Kühler (44) ist im Kraftstoffkreislauf (KR) in einem Rücklauf des Kraftstoffes von der Einspritzanlage zu...

Description

  • Die Erfindung betrifft Kühleinrichtungen, vorzugsweise für den Kraftstoff der Einspritzanlage von Verbrennungsmotoren mit einem zur Motorbetriebstemperatur niedrigeren Temperaturniveau in einer Ausführung gemäß dem Oberbegriff des Haupanspruches.
  • Vorbekannt ist es durch die Schriften DE 37 15 111 C1 und DE 37 25 664 A1 bei Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen mit Klimaanlage, eine von der Motorkühlung gesonderte Kühleinrichtung, insbesondere für den Kraftstoff der Einspritzanlage, vorzusehen. Diese Kühleinrichtung ist über einen Wärmetauscher an dem Kreislauf einer Klimaanlage angeschlossen, wodurch die Kühlung des Kraftstoffes mit einem niedrigeren Temperaturniveau gegenüber der Motorkühlung erfolgen kann.
  • Vorbekannt ist es durch die Schrift DE-GM 79 25 973 bei einem üblichen geschlossenen Kraftstoffkreislauf von Dieselmotoren, einen Wärmetauscher am Rücklauf des Kraftstoffkreislaufes innerhalb des Kraftstofftankes anzuordnen. Damit soll eine Abkühlen des aus dem Kreislauf zurückströmenden Kraftstoffes und eine Erwärmung des im Tank befindlichen Kraftstoffvorrates erfolgen.
  • Vorbekannt ist durch die Schrift DE 34 42 980 A1 ein Filter für Kraftstoff, der zusätzlich einen Wärmetauscher zum Vorwärmen des Kraftstoffes und eine thermostatisch gesteuertes Ventil zur Lenkung des Kraftstoffstromes und zur Steuerung der Kraftstoffvorwärmung am Filterkopf aufweist. Von dem von der Kraftstofftemperatur gesteuerten Ventil im Filterkopf wird im kalten Zustand des Kraftstoffs der Wärmetauscher mit dem sich erwärmenden Kühlkreislauf des Motors verbunden und der Kraftstoff vom Filter zur Saugseite der Kraftstoffpumpe geführt. Im warmen Zustand des Kraftstoffes ist der Wärmetauscher vom Kühlkreislauf getrennt. Der Kraftstoff wird von der Rücklaufleitung, die von der Einspritzpumpe und den Düsen kommt, direkt in den Kraftstofftank zurückgeführt.
  • Die US 4,491,117 offenbart eine Kühleinrichtung für den Kraftstoff einer Einspritzanlage von Verbrennungsmotoren, wobei in einem von einer Kraftstoffförderpumpe beaufschlagten Kraftstoffkreislauf in einem Vorlauf ein Kraftstofffilter angeordnet ist. In dem Kraftstoffkreislauf ist ein Kühler angeordnet, der einerseits vom Kraftstoff und andererseits von einer Kühlflüssigkeit eines gegenüber dem Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors zusätzlichen, gesonderten Kühlkreislauf von einer elektrisch angetriebenen Kühlmittelpumpe beaufschlagt ist. Der Kühler umfasst einen von Kühlflüssigkeit durchströmten Bereich und einen von Kraftstoff durchströmten Wärmetauscher.
  • Die DE 27 15 587 A1 offenbart eine Kraftstoffversorgungseinrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer Kraftstoffeinspritzpumpe zur Förderung einer regelbaren Kraftstoffeinspritzmenge mit einer Kraftstoffförderpumpe zur Erzeugung eines Saugraumdrucks in der Kraftstoffeinspritzpumpe und einer von der Kraftstoffeinspritzpumpe über eine Drossel abführenden Entlastungsleitung. Unmittelbar stromabwärts der Drossel ist in der Entlastungsleitung ein temperaturabhängig betätigbares Ventil angeordnet und stromabwärts davon ist in der Entlastungsleitung ein Wärmetauscher, der auch eine Kühleinrichtung sein kann, vorgesehen.
  • Die US 5,251,603 offenbart ein Kraftstoffkühlsystem für ein Kraftfahrzeug. Das Kraftstoffkühlsystem umfasst einen Wärmetauscher, der sowohl in einer Kraftstoffrückführleitung als auch in Kühlmittelleitung angeordnet ist.
  • Die GB 2 259 587 A offenbart eine Kraftstoffflußanordnung zur Temperaturkontrolle des Kraftstoffflusses von einem Kraftstofftank zu einem Verbbrennungsmotor. Die Kraftstoffzufuhr und die Kraftstoffrückführleitungen erstrecken sich zwischen dem Tank und dem Motor und eine Bypassleitung erstreckt sich zwischen der Zufürung und den Rückfürleitungen mit einem variablen Öffnungsventil, welches in der Rückführleitung stromabwärts der Bypassleitung angeordnet ist. Der Öffnungsgrad des Öffnungsventils wird in Zusammenhang mit Temperatursignalen des zu dem Motor geführten Kraftstoffs kontrolliert.
  • Die US 4,478,197 offenbart eine Brennstoffzuführungseinrichtung für einen Dieselmotor mit einem Kraftstofftank, einer Kraftstoffeinspritzpumpe mit einem Einlaß und einem Überströmauslaß, einer Kraftstoffzuführungsleitung, welche den Kraftstofftank mit dem Einlaß der Kraftstoffeinspritzpumpe verbindet, einer Kraftstoffzuführungspumpe, welche in der Kraftstoffzuführungsleitung angeordnet ist, um den Kraftstoff von dem Kraftstofftank zu der Kraftstoffeinspritzpumpe zuzuführen, einem Kraftstoffilter, welcher in der Kraftstoffzuführungsleitung angeordnet ist, einer Hauptkraftstoffrückführleitung, welche den Überströmauslaß der Kraftstoffeinspritzpumpe mit dem Kraftstofftank verbindet, einer Hilfskraftstoffrückführleitung, welche den Überströmauslaß der Kraftstoffeinspritzpumpe mit der Kraftstoffzuführungsleitung verbindet, einem Steuerventil, welches in der Hilfskraftstoffrückführleitung angeordnet ist, um diese wahlweise zu verschließen, und einer Einrichtung zur Betätigung des Steuerventils in Abhängigkeit von der Temperaturdes Kraftstoffs in dem Kraftstoffilter, so dass das Steuerventil die Hilfskraftstoffrückführleitung nur dann verschließt, wenn die Temperatur des Kraftstoffs in dem Kraftstoffilter höher als ein vorgegebener Wert ist.
  • Die DE 32 48 395 A1 offenbart eine Flüssigkeitskühleinheit für eine Brennkraftmaschine mit einem ersten inneren Teil, der mit einem äußeren Einlaß und einem äußeren Auslaß versehen ist und in dem eine erste Flüssigkeit zirkuliert, und mit einem zweiten inneren Teil, in dem eine zweite Flüssigkeit zirkuliert. Dabei ist der zweite innere Teil mit einer Zugriffsöffnung versehen. Die Kühleinheit besitzt eine Basis, welche über der Zugriffsöffnung liegt und dichtend an Oberflächenbereichen befestigt ist, die die Zugriffsöffnung umgeben. Die Basis besetzt einen ersten Satz von Öffnungen, die mit den Einlaß- und Auslaßöffnunge des ersten inneren Teils fluchten, sowie einen zweiten Satz von Öffnungen. An einer Seite der Basis ist ein Wärmetauscher montiert, der in die Zugriffsöffnung hineinragt und mit der zirkulierenden zweiten Flüssigkeit in Kontakt teht. Im Inneren des Wärmetauschers ist ein Kanal vorgesehen, durch den die erste Flüssigkeit zirkuliert. Auf der anderen Seite der Basis ist eine Abdeckung dichtend montiert, die mit mehreren rinnenförmigen Kanälen versehen ist. Einer dieser Kanäle verbindet eine der Öffnungen des ersten Satzes mit einer der Öffnungen des zweiten Satzes, während ein zweiter Kanal eine weitere Öffnung des ersten Satzes mit einer zweiten Öffnung des zweiten Satzes verbindet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Kraftstoffkreislauf eine Kühleinrichtung zu schaffen, die in betriebsgerechter Weise temperaturgesteuert an- und abgeschaltet wird und am Filter angeordnet ist.
  • Erfindungsgemäß wird dies durch eine Kühleinrichtung gemäß den Merkmalen des Hauptanspruches erreicht, die ausschließlich unmittelbar am Kraftstoffilter kraftstoffführend ist.
  • Weitere Ausgestaltungsmerkmale werden im Zusammenhang mit der Beschreibung der erfindungsgemäßen Lösung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.
  • Es zeigt:
  • 1 eine erfindungsgemäße Kühleinrichtung in ihrer Einordnung am Kühl- und Kraftstoffsystem eines Motors.
  • 2 eine Ausführung gemäß 1 mit einem zusätzlichen temperaturgesteuerten Rücklaufventil für den Kraftstoff.
  • Ein Verbrennungsmotor 1 weist eine Kraftstoffanlage 2 mit einer zusätzlichen Kühleinrichtung für den Kraftstoff auf, die mit einem niedrigen Temperaturniveau als der Kühlmittelkreislauf KM des Motors 1 wirksam ist. Der Kraftstoff-Kühlkreislauf KR wird über eine vom Vernbrennungsmotor 1 angetriebene Kraftstoffpumpe 20 gespeist.
  • Dabei enthält die Kraftstoffpumpe 20 den Kraftstoff aus dem Kraftstoffbehälter 21 über eine Saugleitung 22 und den Filter 23. Sie fördert den Kraftstoff in eine Verteilerleiste 24, von der aus die Einspritzdüsen 6 mit Druck beaufschlagt sind. Bei der Ausführung nach 1 strömt der Kraftstoff aus der Verteilerleiste 24 über eine Leitung 24R stets zu den Wärmetauscherelementen 230 im Kraftstoffkühler 44 und von dort über eine Rücklaufleitung 29 in den Kraftstofftank 21 zurück. Bei Vorhandensein eines Rücklaufventils 26, siehe 2, gelangt der Kraftstoff über eine Leitung 24R aus der Verteilerleiste 24 zu dem vom Thermoelement 25 oder gesteuertem Stellmotor 25S geschalteten Rücklaufventil 26.
  • Je nach Stellung dieses Rücklaufventils 26 strömt der Kraftstoff entweder über eine Kurzschlußleitung 28 zurück in den Filter 23 oder über eine Zulaufleitung 27 zu den Wärmetauscherelementen 230 im Kraftstoffkühler 44. Von diesem fließt der Kraftstoff über die Rücklaufleitung 29 zurück zum Kraftstofftank 21.
  • Der übliche Kühlmittelkreislauf für den Motor 1 wird durch die vom Motor 1 angetriebene Pumpe 4 beaufschlagt, wobei eine Kühler 43 und nachfolgend der Motor 1 vom Kühlmittel durchflossen wird, bis es in die Rücklaufleitung R4 gelangt.
  • Der gesonderte Kühlkreislauf KÜ ist am Kühlmittelbehälter 40 angeschlossen. Eine gesonderte über einen Elektromotor 41M angetriebenen Kühlmittelpumpe 41, fördert Kühlmittel durch einen Kühler 42, wobei es über eine Zuführungsleitung 44Z zum Kraftstoffkühler 44 gelangt und nach Umspülen des Wärmetauscherelements 230 über die Abführungsleitung 44A direkt oder indirekt zur Saugseite der Kühlmittelpumpe 41 gelangt. Gegebenenfalls wird das Kühlmittel Kü in der Abführungsleitung 44A über weitere Wärmetauscher 45, 46, die beispielsweise das Schmieröl oder die Abgasrückführungsgase kühlen, geführt.
  • Prinzipiell ist die Funktion des Kühlkreislaufes KÜ über das An- und Abschalten des die Kühlmittelpumpe 41 antreibenden Motors 41M regelbar. In 1 betätigt ein von der Kraftstofftemperatur beaufschlagtes Thermoelement 25 den Schalter 26S, der im heißen Zustand des Kraftstoffes die Stellung b einstellt. Der Stromkreis MS des Motors 41M ist geschlossen, der Kühlkreislauf KÜ mit dem Kühler 42 wird wirksam.
  • Bei der Ausführung gemäß 2 wird die gesonderte Kühlung für den Kraftstoff ebenfalls über das Thermoelement 25 gesteuert. Bei niedriger Kraftstofftemperatur fließt der Kraftstoff gleichfalls ungekühlt aber über die Leitung 28 sofort zurück zum Filter 23, siehe jeweils Stellung a des Ventils 26 und des Schalters 26S.
  • Bei heißem Kraftstoff in der Leitung 24R aus Verteilerleiste 22 schaltet das Thermoelement 25 das Rücklaufventil 26 in die Stellung b. Dabei wird gleichzeitig der Schalter 26S in seine Stellung b gebracht und geschlossen, wodurch der Motor 41M der Kühlmittelpumpe 41 Strom erhält und diese antreibt.
  • Der heiße Kraftstoff aus der Verteilerleiste 24 gelangt über die Leitung 24R; das Rücklaufventil 26 in Stellung b und die Zulaufleitung 27 zu dem Wärmetauscherelementen 230 in den Kühler 44 für den Kraftstoff. Von dort führt eine Rücklauflleitung 29 in den Kraftstofftank 21, in dem der gekühlte Kraftstoff, abläuft.
  • In weiterer Ausgestaltung ist auch das Thermoelement 25 gegen einen elektronischen Thermofühler, der an speziell kritischer Stelle, z.B. direkt an der wärmsten Einspritzdüse des Motors angeordnet ist, austauschbar, der eine elektrisch angesteuerte Schaltstufe schaltet.
  • Denkbar ist es auch, die elektrisch angesteuerte Schaltstufe für den Motor 41M über das Motorsteuergerät zu schalten, so daß für die Kraftstoffkühlung andere bzw. weitere Betriebsparameter als die Kraftstofftemperatur das Einschalten des Kühlkreislaufes KÜ bewirken. Sinnvoll könnte ein Einschalten frühzeitig erfolgen bei hohen Außentemperaturen und langzeitig geringen Einspritzmengen.
  • Eine zusammengefaßte Einheit mit dem Filter 23 bilden vorzugsweise folgende Teile bzw. Einzelheiten:
    Kühler 44 mit dem Wärmetauscherelement 230; Thermoelement 25; Rücklaufventil 26; Schalter 26S; Zulaufleitung 27; Kurzschlußleitung 28.
    • 1
    Verbrennungsmotor
    2
    Kraftstoffanlage, schematisiert dargestellt, umgrenzt durch Eckmarkierungen
    20
    Kraftstoffpumpe für Einspritzdruckerzeugung
    21
    Kraftstofftank
    22
    Saugleitung
    23
    Filter
    230
    Wärmetauscherelement
    24
    Verteilerleiste
    25
    Thermoelement
    26
    Rücklaufventil
    27
    Zulaufleitung
    28
    Kurzschlußleitung
    29
    Rücklaufleitung
    4
    Kühlmittelpumpe für KM, von 1 angetrieben
    40
    Kühlmittelbehälter mit Ausdehnungsgefäß
    41
    Kühlmittelpumpe für KÜ, von 41M angetrieben
    42
    Kühler für KÜ
    43
    Kühler für KM
    44
    Kühler für Kraftstoff
    45; 46
    weitere Kühler z.B. für AGR und Schmieröl
    6
    Einspritzventile
    24R
    Leitung von 24 nach 26
    26S
    Schalter, betätigt von 25
    44Z
    Zuführungsleitung für 44
    41M
    Elektromotor für 41
    44A
    Abführungsleitung von 44
    MS
    Schaltleitung für 41M
    KR
    Kraftstoff enthaltende Leitungen
    KM
    Kühlmittel führende Leitungen des Motorkühlkreislaufes
    KÜ
    Kühlmittel führende Leitungen des Kraftstoff-Kühlkreislaufes
    R4
    Rücklaufleitung von KM

Claims (5)

  1. Kühleinrichtung für den Kraftstoff einer Einspritzanlage von Verbrennungsmotoren (1), wobei in einem von einer Kraftstoffförderpumpe (20) beaufschlagten Kraftstoffkreislauf (KR) in einem Zulauf des Kraftstoffes von einem Kraftstofftank (21) zu der Einspritzanlage ein Filter (23) angeschlossen ist, wobei die Kühleinrichtung zusätzlich zu einem von einem Kühlmittel durchströmten Motorkühlkreislauf (KM) des Verbrennungsmotors (1) einen gesonderten, von dem Kühlmittel durchströmten Kraftstoff-Kühlkreislauf (KÜ) umfasst, wobei in dem Kraftstoff-Kühlkreislauf (KÜ) und in dem Kraftstoffkreislauf (KR) ein einerseits von Kraftstoff und andererseits von dem Kühlmittel des gesonderten Kraftstoff-Kühlkreislaufes (KÜ) durchströmter Kühler (44) angeordnet ist, wobei der gesonderte Kraftstoff-Kühlkreislauf (KÜ) von einer elektrisch angetriebenen Kühlmittelpumpe (41, 41M) beaufschlagt wird, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: der Filter (23) weist einen Zu- und Ablaufflansch auf, mit dem der Filter (23) in den Zulauf des Kraftstoffes zur Einspritzanlage eingebunden ist, der Kühler (44) ist im Kraftstoffkreislauf (KR) in einem Rücklauf des Kraftstoffes von der Einspritzanlage zu dem Kraftstofftank (21) angeordnet, ein Rücklaufventil (26) ist bezogen auf den Kraftstofffluss stromaufwärts des Kühlers (44) angeordnet und leitet den von der Einspritzanlage kommenden Kraftstoff in Abhängigkeit von der Kraftstofftemperatur entweder durch den Kühler (44) zum Kraftstofftank (21) oder in den Filter (23), der Kühler (44) und das Rücklaufventil (26) sind in dem Zu- und Ablaufflansch des Filters (23) angeordnet.
  2. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch angetriebene Kühlmittelpumpe (41, 41M) von einem Schalter (26S) gesteuert wird, der abhängig von der Temperatur des Kraftstoffes im Kraftstoffrücklauf – Leitung (24R) – bei hoher Temperatur geschlossen und sonst geöffnet ist.
  3. Kühleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rücklaufventil (26) den Kraftstoff unterhalb einer vorbestimmten Kraftstofftemperatur in einer Stellung (26, Stellung a) zum Filter (23) und oberhalb einer vorbestimmten Kraftstofftemperatur in einer anderen Stellung (26, Stellung b) zum Kühler (44) leitet.
  4. Kühleinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kühler (44) für Kraftstoff im Kraftstoff-Kühlkreislauf (KÜ) ein oder mehrere Wärmetauscher (45, 46) für andere Medien nachgeschaltet ist bzw. sind.
  5. Kühleinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (26S) von einem Motorsteuergerät in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors (1) angesteuert wird.
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